Procesos de manufactura tema fundicion

1. UPC – FACULTAD DE INGENIERIA
INDUSTRIAL
PROCESO DE MANUFACTURA
FUNDAMENTOS DE FUNDICIÓN
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2. FUNDICIÓN
DEFINICIÓN
La fundición es un proceso en el
cual se hace fluir metal fundido
dentro la cavidad de un molde,
donde solidifica y adquiere la
forma del molde
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3. FUNDICIÓN
POSIBILIDADES Y VENTAJAS
•La fundición se puede usar para crear partes de compleja
geometría, incluyendo formas externas e internas.
•Algunos procesos de fundición pueden producir partes de forma
neta que no requieren operaciones subsecuentes para llenar los
requisitos de la geometría y dimensiones de la parte.
•Se puede usar la fundición para producir partes de unos cuantos
gramos hasta formas que pesan más de 100 toneladas (coronas
dentales, joyería, estatuas, bloques y cabezas para motores
automotrices, bases para máquinas, ruedas para ferrocarril,
tubos, carcasas para bombas, etc.).
•El proceso de fundición puede realizarse en cualquier metal que
pueda calentarse y pasar al estado líquido.
•Algunos métodos de fundición son altamente adaptables a la
producción en masa.
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4. FUNDICIÓN
DESVENTAJAS
•Las limitaciones de algunos procesos
•Se pueden obtener piezas con propiedades mecánicas no
homogéneas.
•Piezas con porosidad.
•Baja precisión dimensional.
•Acabado deficiente de la superficie.
•Los riesgos que los trabajadores corren durante el procesamiento.
•Problemas ambientales.
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5. FUNDICIÓN
TECNOLOGIA DE FUNDICIÓN
1.- Fabricación del molde: El molde contiene una cavidad que
dará la forma geométrica de la parte a fundir. La cavidad debe
diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionados,
esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y
enfriamiento. También se puede considerar corazones en el
interior del molde para dar formas especiales a la pieza final. Los
moldes se pueden hacer de arena, yeso, cerámica y metal.
2.- Modelo: Es una forma usada para preparar y producir la
cavidad en el molde. El diseño debe ser lo más simple que sea
posible para facilitar el retiro del molde. El modelo tiene en
esencia la forma de la pieza a fundir con formas para bebederos,
mazarotas, etc. Por lo general el modelo se divide en dos partes:
Superior e inferior. El material que se usa generalmente es la
madera o aluminio, depende de la producción . Una característica
importante del modelo es su tolerancia, la cual debe ser de mayor
dimensión de la pieza a trabajar debido a la contracción del
metal.
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6. FUNDICIÓN
TECNOLOGIA DE FUNDICIÓN
3.- Fundición: Se calienta primero el metal a una temperatura lo
suficientemente alta para transformarlo completamente en
líquido. Después se vierte directamente en la cavidad del molde.
En cualquier fundición cuya contracción sea significativa se
requiere, además del sistema de vaciado, una mazarota
conectada a la cavidad principal. La mazarota es una reserva en
el molde que sirve como fuente de metal líquido para compensar
la contracción de la fundición durante la solidificación. A fin de
que la mazarota cumpla adecuadamente con su función, debe
diseñarse de tal forma que solidifique después de la fundición
principal.
Una vez que la fundición se ha enfriado lo suficiente, se remueve
del molde. Pueden necesitarse procesamientos posteriores,
dependiendo del método de fundición y del metal que se usa.
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7. FUNDICIÓN
TIPOS DE MOLDES
Molde Abierto: Molde Cerrado:
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8. FUNDICIÓN
CALENTAMIENTO Y VACIADO
Se usan varias clases de hornos, para calentar el metal a la
temperatura necesaria. La energía calorífica requerida es la
suma de:
1) calor para elevar la temperatura hasta el punto de fusión,
2) calor de fusión para convertir el metal sólido a líquido y
3) calor para elevar al metal fundido a la temperatura de vaciado.
Esto se puede expresar como:
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9. Donde:
H = Calor requerido para elevar la temperatura del metal a la temperatura de
vaciado, (J)
ρ = Densidad, (Kg/m3)
Cs = Calor específico del material sólido, (J/Kg ºC)
Tm = Temperatura de fusión del metal, (ºC)
T0 = Temperatura inicial, generalmente la ambiente, (ºC);
H f =Calor de fusión, (J/Kg)
Ct = Calor específico en peso del metal líquido, (J/KgºC)
Tp = Temperatura de vaciado, (ºC)
V = Volumen del metal que se calienta, (m3).
 
 
)
( m
p
t
f
o
m
s T
T
C
H
T
T
C
V
H 



 
FUNDICIÓN
CALENTAMIENTO Y VACIADO
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10. La introducción del metal fundido en el molde y su flujo
dentro del sistema de vaciado y de la cavidad es un paso
crítico en el proceso. Para que este paso tenga éxito, el
metal debe fluir antes de solidificarse a través de todas las
regiones del molde, incluida la región más importante que
es la cavidad principal. Los factores que afectan la
operación de vaciado son la temperatura de vaciado, la
velocidad de vaciado y la turbulencia.
FUNDICIÓN
VACIADO
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11. La ecuación de Bernoulli se puede simplificar de varias maneras.
Si ignoramos las pérdidas por fricción (de seguro, la fricción
afectará el flujo del líquido a través del molde de arena) y
asumimos que el sistema permanece a presión atmosférica en
toda su extensión, entonces la ecuación puede reducirse a
FUNDICIÓN
VACIADO
g
v
h
g
v
h
2
2
2
2
2
2
1
1 


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12. Otra relación de importancia durante el vaciado es la ”Ley de
continuidad”, la cual establece que la velocidad volumétrica del
flujo permanece constante a través del líquido. La velocidad del
flujo volumétrico m3/seg es igual a la velocidad multiplicada por
el área de la sección transversal del flujo líquido. La ley de
continuidad puede expresarse como:
FUNDICIÓN
VACIADO
2
2
1
1 A
v
A
v
Q 

Donde:
Q = Velocidad de flujo volumétrico, (m3/seg);
v = Velocidad, (m/seg);
A = Área de la sección transversal del líquido, (m2)
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13. El tiempo requerido para llenar una cavidad de volumen V como sigue:
FUNDICIÓN
VACIADO
Q
V
MFT 
Donde:
MFT = Tiempo de llenado del molde, seg. (s);
V = Volumen de la cavidad del molde, (m3);
Q = Velocidad volumétrica de flujo. (m3/seg)
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14. FUNDICIÓN
TIEMPO DE SOLIDIFICACIÓN
Tiempo que se requiere para que el fundido se solidifique después del
vertido (metal puro o en aleación)
Regla de Chvorinov:
2







A
V
C
T m
ts
Donde:
Cm: Constante del molde, depende de las condiciones particulares del
molde.
V: Volumen del fundido. (cm3)
A: Área de la superficie del fundido. (cm2)
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15. FUNDICIÓN
TIPOS DE CONTRACCIÓN
A) Contracción liquida durante el enfriamiento antes de la
solidificación se da en un 0.5% (reducción)
B) Contracción durante el cambio de fase de liquido a solidó
“Contracción por solidificación”.
C) Contracción térmica del fundido solidificado durante el
enfriamiento a temperatura ambiente, que genera un vació
llamado “rechupe”.
Densidad Fase Sólida > Densidad Fase Liquida
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16. FUNDICIÓN
SOLIDIFICACIÓN DIRECCIONAL
Es preferible que las regiones del fundido mas lejos del suministro de
metal liquido se solidifiquen primero y que este proceso avance desde
ella hacia la mazarota, esto evita formación de vacíos “rechupes”.
Se puede lograr este proceso por tres metodos:
a) Colocando secciones del fundido con razones V/A menores lejos
de la mazarota.
b) Enfriadores internos: Piezas metálicas que se sitúan dentro
del molde, entonces el material se solidificara primero
alrededor de ellos.
c) Enfriadores externos: Son inserciones de metal en las
paredes de la cavidad del molde.
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17. FUNDICIÓN
DISEÑO DE MAZAROTAS
Se emplea en un molde de fundición para alimentar el metal liquido
al fundido durante la solidificación con objeto de compensar la
contracción por solidificación. Para que esto cumpla su objetivo la
mazarota debe permanecer derretida hasta después de que el
fundido se solidifique. La regla de Chvorinov se utiliza para calcular el
tamaño de la mazarota
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18. UNMSM – FACULTAD DE INGENIERIA
INDUSTRIAL
 PROCESO DE MANUFACTURA I
FUNDICIÓN EN ARENA
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